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"Machine électrique tournante, notamment
alternateur de véhicule automobile, dont les
entrées/sorties d'air comprennent des ailettes inclinées
par rapport aux pales des ventilateurs".
Domaine de l'invention
L'invention concerne en général les machines
électriques tournantes, notamment les alternateurs de
véhicules automobiles.
Plus précisément, l'invention concerne une machine
électrique tournante, notamment un alternateur de
véhicule automobile, comprenant un axe longitudinal, une
enveloppe extérieure de forme creuse, un stator fixé
dans l'enveloppe, un arbre rotatif traversant le stator
selon l'axe longitudinal, un rotor solidaire de l'arbre
en rotation à l'intérieur du stator, et un ventilateur à
pales entraîné en rotation par l'arbre et disposé d'un
premier côté axial du rotor à l'intêrieur de
l'enveloppe, cette enveloppe présentant, d'une part, à
sa périphérie externe des ouïes radiales et d'autre
part, à l'une au moins de ses extrémités axiales des
ouïes axiales pour constituer des ouïes d'entrée d'air
et de sortie d'air agencées de telle sorte que le
ventilateur crée un flux d'air allant de l'entrée à la
sortie, les ouïes d'entrée et de sortie êtant
constituêes chacune d'une ouverture découpée dans
l'enveloppe et subdivisée par des ailettes de maintien
mécanique chacune allongée suivant un profil qui lui est
propre.
Btat de la technique
Des machines de ce type sont connues de l'art
antérieur, et comprennent typiquement des ouïes de
sortie radiales cylindriques dont les ailettes
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présentent la forme de lames s'étendant dans des plans
radiaux respectifs.
Elles sont particuliêrement bruyantes quand elles
sont équipées de ventilateurs dont les pales s'étendent
également dans des plans radiaux et qui sont en
mouvement devant les obstacles fixes formés par ces
ailettes.
Objet de l'inveatioa
Dans ce contexte, la présente invention a pour but
de pallier le défaut mentionné ci-dessûs et de proposer
une machine particuliêrement silencieuse.
A cette fin, la machine de l'invention, par
ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne
le préambule ci-dessus, dans laquelle une ouïe radiale
est ménagée sur une face radiale, globalement
d'orientation longitudinale, de l'enveloppe et présente
une forme générale sensiblement cylindrique coaxiale à
l'axe longitudinal, est essentiellement caractérisée en
ce qu'au moins une ailette, dite ailette radiale, de
ladite ouïe radiale, considérée dans le plan tangent à
cette ouïe au niveau de ladite ailette radiale, s'étend
suivant une direction générale formant un angle
supérieur à 0° par rapport à la direction longitudinale
de telle sorte que des bords des pales du ventilateur
tournés vers ladite ouïe balayent progressivement
l'ailette radiale suivant son profil en tournant autour
de l'arbre rotatif, suivant un mouvement de cisaillement
selon lequel à chaque instant seule une portion
sensiblement ponctuelle du bord de la pale est en vis-à-
vis de l'ailette.
Grâce à l'invention on diminue les bruits et les pertes
de charges.
Plus précisément on diminue les chocs entre le fluide de
refroidissement, tel que l'air, avec l'ailette radiale.
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On stabilise l'écoulement du fluide de refroidissement,
tel que de l'air, avec plus de débit.
On réduit les phénomènes de vibrations dues aux
turbulences.
Le rendement du ventilateur est donc amélioré.
En outre lorsque l' ouïe radiale est une ouïe de sortie,
on réduit les risques de décollement de la veine de
fluide de refroidissement, tel que de l'air, par rapport
aux ailettes radiales. On stabilise l'écoulement du
fluide de refroidissement.
On limite la formation de tourbillons entre les ailettes
radiales en rendant difficile voir impossible un
mouvement du fluide de refroidissement en sens arrière
en direction des chignons du stator de la machine ce qui
permet une meilleur évacuation de la chaleur.
Dans un mode de réalisation possïble de
l'invention, l'angle est avantageusement inférïeur à
30°.
Cet angle permet d'améliorer encore le rendement
du ventilateur.
Dans un mode de réalisation possible de
l'invention, f ouie d'entrée ou de sortie radiale peut
comprendre au moins une ailette radiale qui, considérée
en coupe dans un plan perpendiculaïre â l'axe
longitudinal, est inclinée par rapport à la directïon
radiale pour améliorer encore le débit du fluide de
refroidissement et diminuer encore plus les bruits.
Par ailleurs, une ouïe d'entrée ou de sortie d'air
axiale peut être ménagée sur une face axiale de
l'enveloppe extérieure globalement d~orientation
perpendiculaire à l uxe longitudinal, et être délimitée
d'un côté radialement intérieur par un bord intêrieur
sensiblement circulaire, au moins une ailette, dite
ailette axiale, de ladite ouïe, considérée dans un plan
perpendiculaire â l'axe longitudinal, s'étendant suivant
une direction générale formant un angle inférieur à 90°
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par rapport à la tangente au bord intérieur passant par
ladite ailette .
Dans ce cas, l'angle est de préférence supérieur à
60°.
L'ailette axiale est de préférence inclinée selon
le sens de rotation du ventilateur pour diminuer encore
les pertes de charges et faciliter encore plus
l'écoulement du fluide de refroidissement, tel que de
l'air.
Dans un mode de réalisation avantageux l'ouïe
radiale comprend au moins une ailette radiale qui,
considérée en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe
longitudinal, est inclinée par rapport à la direction
radiale, tandis que l'ailette axiale, considérée en
coupe dans un plan perpendiculaire â l'axe longitudinal,
est inclinée par rapport à la direction radial dans le
même sens que l'ailette radiale.
Grâce à cette disposition on obtient on obtient
une meilleur réduction des bruits ainsi qu'un très bonne
circulation du flux de refroidissement tel que de l'air.
Ainsi on stabilise l'écoulement de fluide de
refroidissement avec encore plus de débit et moins de
bruit. Les turbulences du flux de refroidissement
traversant l'enveloppe sont encore plus réduites.
Avantageusement les ouïes radiales sont des ouïes
de sortie et les ouïes axiales des ouïes d'entrée dans
le cas ou des moyens électroniques sont portés par
l'enveloppe.
D'une manière générale le ventilateur par exemple
peut être de type axial, centrifuge, hélico-centrifuge,
centripète ou hélico-centripète, de sorte que les ouïes
peuvent être des ouïes de sortie ou d'entrée d'air.
Avantageusement, la machine peut comprendre un
second ventilateur à pales entraîné en rotation par
l'arbre et disposé d'un second côtê axial du rotor
opposé au premier à l'intérieur de l'enveloppe, cette
enveloppe présentant des secondes ouïes d'entrée d'air
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et de sortie d'air agencées de telle sorte que le second
ventilateur crée un flux d'air allant de l'entrée à la
sortie, les secondes ouïes d'entrée et de sortie ëtant
constituées chacune d'une ouverture découpée dans
l'enveloppe et subdivisée par des ailettes de maintien
mécanique chacune allongée suivant un profil qui lui est
propre, au moins une ailette de l'une au moins des
secondes ouïes d'entrée et/ou de sortie étant inclinée
de telle sorte que des bords des pales du second
ventilateur tournés vers ladite ouïe balayent
progressivement l'ailette suivant son profil en tournant
autour de l'arbre rotatif, suivant un mouvement de
cisaillement selon lequel à chaque instant seule une
portion sensiblement ponctuelle de l'ailette est en vis-
à-vis du bord de la pale.
La machine peut également prêsenter une ou
plusieurs des caractéristiques suivantes.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section de taille constante.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section de taille variable le long de
ce profil pour diminuer encore la résistance
aérodynamique.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section rectangulaire.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section ronde.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section elliptique.
- Les ailettes présentent, perpendiculairement à
leur profil, une section profilée relativement plus
épaisse d'un côté radialement intérieur et relativement
plus mince d'un côté radialement extérieur pour diminuer
encore plus la résistance aérodynamique.
- Les ailettes présentent un profil droit.
- Les ailettes présentent un profil courbe.
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- L'une au moins des ailettes de l une au moins
des ouïes d~entrée et de sortie présente un bord tourné
vers le ventilateur incliné de telle sorte que les bords
des pales tournés vers ladite ouïe balayent
progressivement ledit bord de l'ailette en tournant
autour de M arbre rotatif, pour augmenter encore le
débit et réduire encore les bruits.
Toutes ces caractéristiques précitëes sont à
considérer isolément et/ou en combinaison.
Grâce à l' invention on peut augmenter le débit du
fluide de refroidissement, tel que de l'air, sans
augmenter le bruit.
Brève descriptzoa des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront clairement de la description
qui en est faite ci-dessous, à. titre indicatif et
nullement limitatif, en référence aux figures annexées,
parmi lesquelles .
- la figure 1 est une demi-vue en coupe
longitudinale d'une machine électrique tournante selon
l'invention,
- la figure 2 est une w.e partielle en
perspective de la machine de la figure 1, montrant les
positions respectives des pales du ventilateur et des
ailettes de la sortie d'air,
- la figure 3 est une vue de côté suivant une
direction radiale centripête, selon la flêche III de la
figure 2,
- la figure 4 est une vue axiale suivant la
flêche IV de la figure 1, montrant les positions
respectives des pales du ventilateur et des ailettes de
l'entrêe d'air,
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- la figure 5 est une vue similaire à celle de la
figure 3, pour une variante de réalisation dans laquelle
les ailettes sont courbes, et
- la figure 6 est une vue partielle en coupe dans
un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, considéré
sous l'incidence des flèches VT de la figure 1.
Description d'exemples de réalisation de
l'invention
La machine électrique tournante représentée sur la
figure 1 est un alternateur polyphasé de véhicule
automobile à ventilation interne, comprenant une
enveloppe extérieure 10 de forme creuse, un stator 20
fixé dans l'enveloppe 10, un arbre rotatif 30 traversant
le stator 20 selon un axe longitudinal, et un rotor 40
solidaire de l'arbre 30 en rotation à l'intérieur du
stator 20. L'axe de l'arbre 30 définit l'axe
longitudinal.
Le stator 20 comprend typiquement un corps
cylindrique coaxial à l'axe longitudinal, formé d'un
paquet de tôles 21 sur la face radialement intérieure
duquel sont ménagées une série d'encoches traversantes
axialement, s'étendant dans des plans radiaux
respectifs, et des enroulements de phases disposés à
l'intérieur des encoches et formant des deux côtés
axiaux opposês du paquet de tôles 22 des chignons
statoriques 22 s'étendant sensiblement dans le
prolongement axial du paquet de tôles 21. On compte au
moins un enroulement par phase que comporte
l'alternateur. Les enroulements peuvent être du type à
bobines séparées, à bobines enchevêtrées ou du type à
barres par exemple en forme de U comme décrit dans le
document WO 92/06527.
Le rotor 40 comprend deux roues polaires à griffes
41 et un bobinage 42 d'excitation disposé entre les
roues polaires 41. Chaque roue polaire 41 comporte un.
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flasque s'étendant sensiblement perpendiculairement à
l'axe longitudinal, portant à sa périphérie des dents 43
d'orientation axiale dirigées vers le flasque de l'autre
roue polaire. Les dents des deux roues sont dêcalé.es
circonférentiellement et s'interpénètrent, de telle
sorte qu'on trouve en suivant la circonférence du rotor
alternativement des dents appartenant aux deux roues.
Ces dents présentent chacune une forme générale
trapézoïdale, et pointent vers la roue polaire opposée.
Les flasques sont percés chacun d'un alêsage
central recevant l'arbre rotatif 30, et sont
solidarisées de cet arbre en rotation par des nervures,
tel qu'un moletage, coopérant avec des cannelures
ménagées dans l'arbre 30.
Le bobinage 42 est disposé sous les dents 43,
c'est-à-dire d'un côté radialement intérieur de celles-
ci, et est enroulé autour d'un noyau. Le noyau est
intercalé axialement entre les deux flasques des roues
polaires 41, 42. Ce noyau est dans un mode de
réalisation distinct des flasques des roues polaires 41,
42. En variante, comme représenté à la figure 1 les
noyau est en deux parties, chaque partie étant issue de
l'un des flasques. Les roues et le noyau sont de
préférence en matériau ferromagnétique. Lorsque le
bobinage 42 est alimenté électriquement, les dents de
l'une des roues polaires 41 définissent des pôles Nord,
tandis que les dents de l'autre roue polaire 42
définissent des pôles Sud.
Le rotor 40 tourne â l' intérieur du stator 20, un
entrefer déterminé séparant la face radialement
extérieure du rotor 40, définie par les dents 43, de la
face intérieure du stator, dëfinie par le paquet de
tôles 21.
L'enveloppe 10, formant un carter, est destinée à
être fixée sur le véhicule et présente une forme
générale cylindrique coaxiale à l'axe longitudinal.
Cette enveloppe est de préférence en matière moulable.
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Elle est réalisée par exemple en aluminium, ou dans un
alliage comprenant de l'aluminium. Elle est divisée
selon un plan médian perpendiculaire à l'axe
longitudinal en deux parties cylindriques appelées
paliers avant et arrière 11 et 12 de forme creuse,
comprenant chacun une face radiale 13 sensiblement
d'orientation longitudinale et une face axiale 14, 15
sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal,
fermant la face radiale d'un côté, l'autre côté de la
face radiale restant ouvert.
A la figure 1 les faces radiale 13 et axiale 14,
15 sont respectivement d'orientation longitudinale et
d'orientation perpendiculaire à l'axe longitudinal. En
variante les faces radiale et axiale peuvent être
inclinées en sorte que chaque palier 11, 12 comporte à
sa périphérie externe une face radiale sensiblement
d'orientation longitudinale et à l'une de ses extrémités
axiale une face axiale sensiblement d'orientation
perpendiculaire à l'axe longitudinal.
Les paliers avant et arrière 11 et 12 sont
appliqués sur le corps 21 du stator par les côtés
ouverts de leurs faces radiales respectives et fixés
l'un à l'autre, par exemple par des tirants non
représentés, les faces axiales des paliers avant et
arrière 11 et 12 constituant ainsi respectivement les
faces axiales avant et arrière 14 et 15 de l'enveloppe
extérieure 10.
En variantes les paliers 11, 12 sont appliqués
l'un sur l'autre par les côtés ouverts de leurs faces
radiales.
Les faces axiales avant et arrière 14 et 15 sont
percées par des ouvertures centrales respectives
recevant chacune un roulement à bille 31, ces roulements
supportant des parties extrémités avant et arrière 32 et
33 de l'arbre 30.
La partie d'extrémité avant 32 se prolonge
axialement au-delà de la face axiale avant 14, pour
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porter un organe de transmission de mouvement 34 sous la
forme d'une poulie, qui est fixée sur cette partie à
l'extérieur de l'enveloppe 10 et est solidaire en
rotation de l'arbre 30, ici par l'intermédiaire d'un
écrou (non référencé) monté sur l'extrémité fileté de
l'extrémité avant 32. Ainsi la poulie est destinée à
coopérer avec une courroie à rainures en V (non
représentée) par laquelle le moteur thermique du
véhicule automobile entraîne l'arbre 30 et l'ensemble du
rotor 40 lorsque la machine électrique, ici
l'alternateur, fonctionne en mode gênérateur électrique
pour notamment recharger la batterie du véhicule et
alimenter les consommateurs du réseau de bord du
véhicule.
En variante l~alternateur est réversible et
fonctionne en mode générateur, comme mentionné ci-
dessus, et en mode moteur électrique
Cette poulie et la courroie qui lui est associée
permettent dans ce cas également en sens inverse à la
machine électrique d'entraîner le moteur thermique,
lorsque ladite machine fonctionne en mode démarreur pour
notamment démarrer le moteur thermique. Un tel
alternateur rêversible est appelé alterno-démarreur et
est décrit plus en détails par exemple dans le document
WO 01/69762 auquel on se reportera pour plus de
prëcisions. La transmission de mouvement entre l'arbre
30 et le moteur thermique du véhicule en variante peut
comporter des engrenages, au moins une chaîne de poulies
à écartement variable, et/ou au moins une courroie.
Ainsi, l'organe de transmission de mouvement 34 peut
avoir de nombreuses configurations et consister en un
engrenage, en une roue dentée, en une poulie, etc...
La partie d'extrëmité arrière 33 de l'arbre 30
porte des bagues 35 reliées par des liaisons filaires
aux extrémités du bobinage 42, ces bagues étant
disposêes à l'extérieur de l'enveloppe 10. Le palier
arrière 12 porte d'un côté extérieur de l'enveloppe 10
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un organe porte-balais 121 portant des balais coopérant
avec les bagues 35, un régulateur de tension relié au
bobinage 42 via les balais du porte-balais 121 et des
moyens électroniques 122 de redressement du courant
alternatif produit par l'alternateur et de pilotage de
la machine. Ces moyens comprennent typiquement le
régulateur de tension pour le pilotage du bobinage
d'excitation de la machine et un pont redresseur du
courant alternatif produit par le stator. Ce pont est
relié aux enroulements de phases du stator et est par
exemple un pont à diodes, deux de ces diodes montées
tête bêche étant visibles à la figure 1, ou un pont à
transistor du type MOSFET dans le cas d'un alterno-
démarreur. Il est également prévu des bornes de
raccordement au circuit électrique du véhicule, l'une au
moins de ces bornes étant par exemple portée par le
moyens électronique 122. Le pont de diodes comporte ici
au moins six diodes à raison d'au moins trois diodes,
dites diodes négatives, portées par le palier arrière et
d'au moins trois diodes, dites diodes positives portées
par un dissipateur.
Le pont peut comporter en variante douze diodes
comme décrit dans le document WO 03/009452 auquel on se
reportera.
La machine comprend en outre un capot 5, par
exemple en matière plastique, ajouré fixé sur le palier
arriêre 12 d'un côté extérieur de la face axiale arrière
15 de l'enveloppe 10, et recouvrant l'organe porte-balai
121 et le régulateur de tension ainsi que le pont
redresseur des moyens électroniques 122.
Bien entendu, en variante, le pont redresseur
et/ou le régulateur de tension des moyens électronique
122 sont montés dans un boîtier externe relié par un
dispositif de connexion à la machine électrique
tournante.
L'enveloppe 10 présente d'un premier côté axial du
rotor 40, par exemple du côté arrière, au moins une ouïe
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axiale 61 mênagée dans la face axiale arrière 15, et au
moins une ouïe radiale 71 ménagée dans la face radiale
13 du palier arrière 12. Les ouïe 61, 71 sont ménagées
respectivement à l'une des extrémités axiale de
l'enveloppe et à la périphérie externe de l'enveloppe de
manière décrite ci-après.
La machine comprend en outre, par exemple du côté
arrière, un ventilateur 50 à pales 51 entraîné en
rotation par l'arbre 30 et disposé du premier côtê axial
du rotor 40 à l'intérieur de l'enveloppe 10.
De même, l'enveloppe 10 présente d'un second côté
axial du rotor 40, par exemple du côté avant, au moins
une seconde ouïe axiale 62 ménagée dans la face axiale
avant 14, et au moins une seconde ouïe radiale 72
ménagée dans la face radiale 13 du palier avant 11.
La machine comprend encore un second ventilateur
55 à pales entraîné en rotation par l'arbre 30 et
disposé du second côté axial du rotor 40 â l'intérieur
de l'enveloppe 10.
Les ventilateurs 50,55 sont solidaires du rotor
par exemple par des points de soudage ou par sertissage.
Dans ce mode de réalisation l'enveloppe présente
plusieurs ouïes axiales et radiales qui sont
respectivement des ouïes d'entrêe et de sortie d'air.
Les ouïes axiales 61/62 d'entrée d'air et radiales
71/72 de sortie d'air sont (figure 2) constituées
chacune d'une ouverture respectivement 180, 80 dêcoupée
dans l'enveloppe 10 et subdivisée par des ailettes
respectivement 190, 90 chacune allongée suivant un
profil qui lui est propre.
On appelle donc profil d'une ailette 190,90 la
forme que dessine cette ailette 90 quand on la suit sur
sa plus grande longueur.
On notera que le nombre d'ouïes radiales est
supérieur au nombre d'ouïes axiales.
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Dans un plan perpendiculaire à son profil, chaque
ailette radiale 90 présente une section de petites
dimensions au regard de sa longueur suivant son profil.
Les ouvertures 180 des ouïes axiales 61/62,
sensiblement perpendiculaires à l uxe longitudinal
(figure 1 et 4), présentent chacune favorablement la
forme gênérale d'un secteur d'anneau centré sur l'axe
longitudinal et entourant le roulement 31, et sont
délimitées par des bords circulaires intérieur et
extérieur 801 et 802.
Les ailettes 190 relient les bords 801, 802 entre
eux. Par simplicité on n'a pas représenté toutes les
ailettes 190 à la figure 4.
Le bord 801 délimite la périphérie externe d'un
manchon délimitant un logement pour le montage du
roulement 31 concerné de la figure 1. Ce manchon n'est
pas référencé â la figure 1.
Le bord 802 délimite la périphérie interne d'une
zone 803 affectêe â sa përiphérie externe par les
ouvertures 80 des ouïes radiales 72/71.
A la figure 1 cette zone 803 est une zone de
montage des diodes du pont redresseur emmanchée ici à
force dans la face axiale 15 du palier arrière 12. En
variante ces diodes sont brasées sur la face axiale 15.
Les ouvertures 80 des ouïes radiales 72/71
(figures 1 à 3), globalement d~orientation
longitudinale, présentent une forme générale cylindrique
de révolution autour de l'axe longitudinal, comprenant
une partie cylindrique 81 constituant respectivement
l'extrémité avant ou arrière de la face radiale 13,
prolongée par une partie annulaire 82 constituant le
bord extérieur respectivement des faces axiales avant et
arrière 24/15. La partie 82 permet d~obtenir les ouïes
72/71 par démoulage et affecte la zone 803.
Les parties cylindriques 81 s'étendent en regard
des chignons 22 du stator 20 et sont délimitées du côté
du plan médian de l'enveloppe 10 par des bords
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circulaires centraux 811 respectifs adjacents au paquet
de tôles 21. Les parties annulaires 82 sont délimitées
d'un côté radialement intérieur par des bords
circulaires latéraux 821 respectifs. Les parties 82 sont
globalement perpendiculaires à l'axe longitudinal.
Les ailettes 90 d'une même ouïe radiale présentent
la même forme générale, et sont favorablement
régulièrement espacées à la périphérie externe de
l'enveloppe 10, divisant localement celle-ci en une
pluralité d'ouvertures 80 en forme de secteurs de même
forme générale (figure2).
I1 en est de même pour les ailettes 190
Les ailettes radiales 90 des ouïes radiales 71/72
sont solidaires chacune par une extrémité du bord
central 811, délimitant ici une bande de matière qui
s'étend jusqu~à l'extrémité libre ouverte de la face
axiale 13, et par l'extrémité opposée du bord latéral
821 appartenant à la face axiale 7.4/15. Les ailettes
axiales 190 des ouïes axiales sont, de maniêre précitée,
chacune solidaire par une extrémité du bord circulaire
intérieur 801 et par l'extrémité opposée du bord
circulaire extérieur 802.
Ces ailettes 90, 190 ont à la fois une fonction de
liaison mécanique entre différentes parties du palier,
et une fonction de dissipation de l'énergie thermique
dégagée par la machine en fonctionnement.
Les ventilateurs 50/55 comprennent chacun un moyeu
52 s'étendant typiquement dans un plan perpendiculaire à
l'axe longitudinal, ce moyeu étant typiquement plaqué et
fixé, par exemple par des points de soudage, sur le
flasque de la roue polaire 41 située du côté axial
correspondant, respectivement les côtés arrière et
avant. Le moyeu 52 peut être plein ou découpé.
Les pales 51 des ventilateurs 50/55 sont des
voiles minces, s'étendant axialement à partir du moyeu
52 respectivement vers l'arrière et vers l'avant.
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Dans un exemple de réalisation, les ventilateurs
50/55 sont centrifuges et les pales 51 sont disposées
dans des plans radiaux et régulièrement réparties
angulairement autour de l'axe longitudinal. Elles
peuvent par exemple présenter chacune une forme générale
rectangulaire, délimitée d'un côté radialement extérieur
par un bord extêrieur 511 droit axial tourné vers l'ouïe
radiale 71/72, et d'un côté axial avant ou arrière par
un bord radial 512 droit tournê vers l'ouïe axiale
62/61.
Quand le rotor 40 est entraîné en rotation par
l'arbre 30, les ventilateurs 50/55 créent des courants
de fluide de refroidissement , ici de l'air, à
l'intérieur de l'enveloppe 10, représentés par les
flèches de la figure 1.
D'une manière générale, par simplicité le fluide
de refroidissement sera appelé air.
L'air pénètre axialement par les ouïes axiales
61/62 faisant office d'entrées d'air, est propulsé
radialement à travers les chignons 22, et sort de
l~enveloppe 10 par les ouïes radiales 71/72 faisant
office de sorties d'air.
Selon une caractéristique de l'invention, au moins
une ailette radiale 90 de l'une au moins des ouïes
radiale est inclinée de telle sorte que des bords des
pales 51 tournés vers ladite ouïe balayent
progressivement l'ailette 90 suivant son profil en
tournant autour de l'arbre rotatif 30, suivant un
mouvement de cisaillement selon lequel â chaque instant
seule une portion sensiblement ponctuelle du bord de la
pale 51 est en vis-à-vis de l'ailette 90.
I1 en est de même de préférence en ce qui concerne
les ailettes axiales 190 de l'une au moins des ouïes
axiales, qui est inclinêe de telle sorte que des bords
des pales 51 tournés vers ladite ouïe balayent
progressivement l'ailette 190 suivant son profil en
tournant autour de l'arbre rotatif 30, suivant un
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mouvement de cisaillement selon lequel à chaque instant
seule une portion sensiblement ponctuelle du bord de la
pale 51 est en vis-à-vis de l'ailette 190.
En variante l'ailette axiale n'est pas inclinée.
De préférence ce sont toutes les ailettes radiale
90 et axiales 190 de toutes les entrées et sorties d'air
qui sont inclinées.
Les ailettes 90, 190 dans un mode de réalisation
sont inclinées en sens inverse en considérant le sens de
rotation du ventilateur concerné.
De préférence, suivant une caractéristique les
ailettes 90, 190 sont inclinées dans le même sens que le
sens de rotation du ventilateur.
Ainsi, dans un plan perpendiculaire â son profil,
chaque ailette radiale présente une section de petites
dimensions au regard de sa longueur suivant son profil,
cette section appartient à une partie axiale, appelée
ci-après crosse, inclinée circonférentiellement dans le
même sens qu'une ailette axiale 190.
Suivant donc une caractéristique l'ouïe radiale
(71) comprend au moins une ailette radiale 90 qui,
considérée en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe
longitudinal, est inclinée par rapport à la direction
radiale. L'ouïe axiale 61 comprend au moins une ailette
axiale 190 qui, considérée en coupe dans un plan
perpendiculaire à l'axe longitudinal, est inclinêe par
rapport à la direction radial dans le même sens que
l'ailette radiale 90.
On va d'abord décrire un premier exemple de
réalisation dans lequel les ailettes 90, 190 sont
sensiblement droites, correspondant aux figures 2 à 4.
Comme on le voit sur la figure 2, les ailettes
radiales 90 de l'ouïe radiale 71 présentent chacune un
profil constitué d'une portion droite s'étendant dans la
partie cylindrique 81 d'une l'ouverture 80, et d'une
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crosse prolongeant la portion droite et s'étendant dans
la partie annulaire 82.
La portion droite n'est pas parallèle à l'axe
longitudinal, mais au contraire s'étend suivant une
direction inclinée par rapport à cet axe.
Comme on le voit sur la figure 3, chaque ailette
radiale 90 de l'ouïe radiale 71, considérée dans le plan
tangent à ladite ouïe 71 au niveau de ladite ailette,
s'étend suivant une direction gênérale qui lui est
propre. Dans l'exemple de réalisation illustré ici,
cette direction générale est une droite inclinée par
rapport à l'axe longitudinal, correspondant à la
direction selon laquelle s'étend la première portion de
l'ailette 90. Cette direction générale forme un angle a
supérieur à 0° par rapport à la direction longitudinale.
Dans un mode de réalisation préféré, l'angle a est
infêrieur à 30°, l'optimum étant atteint pour un angle
de l'ordre de 15°.
Un tel angle permet aux ailettes de remplir de
façon três satisfaisante leur fonction de liaison
mécanique entre les faces radiales et axiales des
paliers, tout en réduisant de façon significative le
bruit lié â la rotation du ventilateur.
On voit clairement sur la figure 3 que, du fait
des orientations différentes de la pale 51 et de
l'ailette 90, seule une très courte portion du bord
extérieur 511 de la pale 51 est en regard d'un bord
intérieur 91 de l'ailette 90 â chaque instant. Ladite
portion varie pendant que la pale 51 tourne. Dans
l'exemple de réalisation illustré sur la figure 3, c'est
d'abord une portion d'extrémité arrière du bord
extérieur 511 qui se trouve en regard d'une partie
centrale de l'ailette 90. Quand la pale 51 tourne,
ladite portion se déplace vers l'avant, cette portion se
trouvant progressivement en regard d'une partie du bord
intérieur 91 de l'ailette 90 qui se décale vers l'avant.
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On notera que l'ailette 90 peut être inclinée
indif f éremment soit , comme sur la f figure 3 , de façon à
ce que la pale 51 se déplace de l'arrière vers l'avant
le long de l'ailette 90, soit en sens inverse, de telle
sorte que la pale se déplace de l'avant vers l'arrière
le long de l'ailette 90, comme illustré sur la figure 5.
Par ailleurs, les ailettes 90 présentent
typiquement des sections perpendiculaires à leurs
profils allongés suivant une direction principale
sensiblement radiale. Dans une variante de réalisation
illustrée sur figure 6, cette direction principale est
inclinée par rapport à la direction radiale, avec un
angle adapté de façon à ce que ladite direction
principale soit parallèle au flux d'air passant à
travers l'ouïe radiale 71.
Comme on le voit sur la figure 4, les ailettes 190
de l'ouïe axiale 61 présentent chacune un profil droit.
Ce profil n'est pas radial, mais au contraire
s'étend suivant une direction inclinée par rapport à la
direction radiale.
Considérées dans un plan perpendiculaire à l'axe
longitudinal, ces ailettes 90 s'étendent suivant une
direction générale formant un angle (3 inférieur à 90°
par rapport à la tangente au bord intérieur 801 passant
par l'extrémité de ladite ailette 90 solidaire dudit
bord 801.
Dans un mode de réalisation préféré, l'angle (3
sera supérieur à 60°, l'optimum étant atteint pour un
angle [3 de l'ordre de 70°.
Un tel angle permet aux ailettes de remplir de
façon très satisfaisante leur fonction de liaison
mécanique entre les parties radialement intérieure et
extérieure des faces axiales, tout en réduisant de façon
significative le bruit lié à la rotation du ventilateur.
On voit clairement sur la figure 4 que, du fait
des orientations différentes de la pale 51 et de
l'ailette 90, seule une très courte portion du bord
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radial 512 de la pale 51 est en regard du bord de
l'ailette 90 tourné vers le ventilateur à chaque
instant. Ladite portion varie pendant que la pale 51
tourne. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la
figure 4, c'est d'abord une portion extérieure du bord
radial 512 qui se trouve en regard de l'extrémité de
l'ailette 90 solidaire du bord cïrculaire extérieur 802.
Quand la pale 51 tourne, ladite portion se déplace vers
l'intérieur, cette portion se trouvant progressïvement
en regard d une partie du bord de l'ailette 90 qui se
décale vers l'intërieur.
On notera que l'ailette 190 peut être inclinée
indifféremment soit, comme sur la figure 4, de façon à
ce que la pale 51 se déplace de l'extérieur vers
l'intérieur le long de l'ailette 90, soit en sens
inverse, de telle sorte que la pale se déplace de
l'intérieur vers l'extérieur le long de l'ailette 90.
On va maintenant dêcrire un second exemple de
réalisation dans lequel les ailettes 90 de l'ouïe
radiale 71 présentent des profils courbes, en référence
à la figure 5. On ne détaillera que les points qui
diffèrent du premier exemple de réalisation.
Chaque ailette 90 de l'ouïe radiale 71, considérée
dans le plan tangent à ladite ouïe 71 au niveau de
ladite ailette, présente un profil de forme courbe, en
arc de cercle allongé suivant une première direction.
générale déterminée qui lui est propre, de concavité
tournée du côté circonférentiel vers lequel se déplacent
les pales 51. La concavité pourrait également être
tournée du côté circonférentiel opposé. Dans l'exemple
de réalisation illustré ici, la première direction
générale est une droite D inclinée par rapport â l'axe
longitudinal, matêrialisée sur la figure 5, et
correspondant sensiblement â la droite passant par les
deux extrémités opposées par lesquelles l'ailette 90 se
rattache au bord circulaire central 811 et au bord
circulaire latéral 821.
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Cette première direction générale forme par
rapport à l'axe longitudinal un angle a supérieur â 0°,
de préférence inférieur à 30°, 15° constituant un
optimum.
Le bord intérieur de 1 ~ ailette 90 suit une courbe
sensiblement parallèle au profil de ladite ailette.
Comme décrit précédemment, l'ailette 90 à profil
courbe peut également présenter, perpendiculairement à
son profil, une section inclinée.
Les ailettes 190 des ouïes axiales 61/62 peuvent
également présenter des profils courbes.
On notera que les pales 51 peuvent ne pas
s'étendre dans des plans radiaux, mais plutôt dans des
plans inclinés par rapport aux plans radiaux, voire même
présenter des formes courbes. Dans ces cas, les bords
des pales tournés vers les ailettes peuvent
respectivement être obliques ou courbes. On agence alors
les ailettes de telle sorte que ces bords obliques ou
courbes parcourent progressivement l'ailette suivant son
profil, comme expliqué ci-dessus.
Les ailettes 90, 190 des ouïes d'entrée et de
sortie peuvent également présenter des sections de
tailles variables le long de leur profil. Ces sections
peuvent par exemple être relativement plus grandes d'un
côté radialement intérieur et relativement plus petites
d'un côté radialement extérieur pour les ouïes axiales
61/62.
On a décrit ci-dessus des ailettes 90, 190 dont le
profil était droit ou en arc de cercle. Les ailettes
peuvent présenter d'autres formes de profïls, formant
par exemple des vagues, ou constitué de plusieurs
segments de droite d'inclinaisons différentes, ou toutes
autres formes possibles différentes d'une droite
parallèle à l'axe de rotation.
Les ailettes 90, 190 peuvent encore s~étendre
suivant une surface courbe, par exemple une portion
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d'ellipsoïde ou une portion d'une autre surface
quadrique.
Le bord de l'ailette tourné vers le ventilateur
peut alors ne pas être parallèle au profil de l'ailette.
On recherchera dans ce cas à obtenir que le bord de
l'ailette et son profil soient inclinés tous deux par
rapport aux bords des pales tournés vers les ailettes.
Le ventilateur de la machine décrite ci-dessus
peut ne pas être centrifuge, mais plutôt de type hélico-
centrifuge, axial, centripète ou hélico-centripète.
Dans le cas d'un ventilateur hélico-centrifuge,
l'ouïe axiale constitue l'entrée d'air, et l'ouïe
radiale est décalée axialement par rapport au
ventilateur vers le côté de la machine opposé à l'ouïe
d'entrée et constitue l'ouïe de sortie. Le flux d'air
traversant l'ouïe de sortie forme un angle compris entre
0 et 90° par rapport à l'axe longitudinal.
Dans le cas d'un ventilateur axial, l'ouïe axiale
constitue l'entrée d'air, l'enveloppe ne comprenant pas
d' ouïe radiale mais comprenant une autre ouïe axiale du
côté opposé à la première constituant la sortie d'air.
Le ventilateur peut encore être centripète ou
hélico-centripète, auquel cas l'enveloppe comprend une
ouïe radiale constituant l'entrée d'air et une ouïe
axiale constituant la sortie d'air. L'ouïe radiale est
située axialement sensiblement au même niveau que le
ventilateur dans le cas d'un ventilateur centripète, et
est décalée axialement vers le côté opposé à l'ouïe
axiale dans le cas d'un ventilateur hélico-centripète.
On comprend donc bien que la machine décrite ci-
dessus présente de multiples avantages.
Du fait que les pales balayent progressivement les
ailettes en suivant les profils de ces ailettes, le
bruit généré par le croisement d'une pale donnée et
d'une l'ailette donnée est fortement diminué. Ce bruit
est beaucoup plus fort quand la pale se présente
parallèlement à l'ailette.
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L'invention s'applique à tous les types et formes
de pales, et à tous les types et formes d'ailettes. Les
pales peuvent être disposées dans des plans radiaux ou
non, présenter des formes planes ou courbes. Les
ailettes peuvent présenter des profils droits ou
courbes, des sections inclinées dans un plan
perpendiculaire à leur profil.
Elle s'applique à des machines équipés tous types
de ventilateurs, centrifuge, hélico-centrifuge, axial,
centripète ou hélico-centripète.
Les pales de ces ventilateurs peuvent présenter
des bords extérieurs 511 inclinés par rapport à l'axe
longitudinal. Elles peuvent également présenter des
bords 512 tournés vers l'avant ou l'arrière non radiaux,
concaves, convexes, en S, ou autres. Les pales peuvent
être répartis angulairement de façon non régulière
autour de l'axe de rotation, et non symétrique par
rapport à un plan contenant cet axe.
Enfin, les ouïes axiales 71/72 peuvent être
ménagés sur des faces axiales 14/15 qui ne sont pas
perpendiculaires à l'axe longitudinal, par exemple
inclinées d'un angle inférieur â 90° par rapport à cet
axe, ou sur des faces axiales légèrement courbe, par
exemple en portion de sphères.
L'invention s'applique également à des machines
comportant un rotor à pôles saillants. En variante la
machine comporte un rotor à pôles saillant alternant
avec des aimants permanents comme décrit dans le
document WO 02/0545566.
Le ventilateur arriêre 51, plus puissant que le
ventilateur avant 51, peut être un ventilateur double
comportant deux séries de pales comme décrit par exemple
dans le document WO 2004/106748. Cela est rendu possible
car grâce à l'invention on peut augmenter le débit de
l'air de refroidissement traversant l'enveloppe 10 sans
augmenter les bruits
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La présence du ventilateur avant n'est pas
obligatoire.
L'un des paliers 11, 12 peut présenter une chambre
pour la circulation d'un fluide de refroidissement, tel
que le fluide de refroidissement du moteur thermique du
véhicule.
L'enveloppe 10 peut comporter plus de deux
parties. Par exemple les paliers 11, 12 peuvent être
montés de part et d'autre d'une partie centrale portant
intérieurement le paquet de tôles du stator. Cette
partie centrale peut porter une chambre de
refroidissement.
Les ouvertures 80, 180 des ouïes radiales ou
axiales peuvent ne pas présenter une symétrie de
révolution autour de l'arbre 30, mais plutôt présenter
une forme oblongue allongée suivant une direction
radiale déterminée.
